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豆知識——ビットコインの量子耐性移行の難点はデータ膨張

量子耐性暗号はブロックチェーン業界の長期的な準備方向となっている。BNB Chain Researchの最新研究によると、パブリックチェーンが将来的に量子耐性署名に切り替わる場合、最も難しい問題はコンセンサスシステムではなく、取引とブロックのサイズが著しく増大し、それによってネットワークの伝播と処理効率が遅くなることかもしれない。

取引サイズの著しい拡大

研究はBSCを例に、ML-DSA-44取引署名とpqSTARK集約技術を用いた運用状況をテストした。目的は、既存のECDSAやBLSなどの方案を段階的に置き換えることであり、これらの暗号体系は将来的に量子計算による解読リスクに直面する可能性がある。

報告によると、技術的には、オンチェーンシステムはすでに量子耐性の準備を始めることができるが、そのコストは決して低くない。現在のBSCの普通の取引は約110バイトだが、ML-DSA-44に切り替えると平均取引サイズは約2.5 KBに増加する。

類似の取引負荷下では、ブロックサイズも同期して増加し、約130 KBからほぼ2 MBに達する。高スループットのパブリックチェーンにとって、これはノード間でより多くのデータを伝送する必要があり、ネットワークの負荷が明らかに増加することを意味する。

普通の取引：約110バイトから2.5 KBに増加

ブロックサイズ：約130 KBからほぼ2 MBに増加

スループット低下：テストでは約40%から50%

ボトルネックはコンセンサス層に非ず

研究は、性能低下の主な原因はより大きなブロックの伝播速度の遅さにあり、コンセンサスメカニズム自体の失効ではないことを示している。テストでは、ネットワークのスループットは約40%から50%低下し、地域を跨ぐ最終確認遅延も高負荷下でより顕著になった。

研究者は、pqSTARKによる圧縮により、検証者の署名データの集約効率は依然高く、関連データ量は約43倍圧縮可能だと指摘している。これは、コンセンサスの集約自体は良好な効率を維持できることを意味し、実際の負荷はネットワーク伝送層により多くかかることになる。

なぜML-DSA-44を選ぶのか

BNB Chain Researchは、ML-DSA-44を選択した理由について、より大きな同類方案よりも、安全性、署名サイズ、検証速度のバランスを取るためだと説明している。このバージョンは高スループットのブロックチェーンにとって、より実用的な状態に近づいている。

また、現在の量子コンピュータは、現実的な条件下でビットコインやBSCが使用する暗号体系を直接解読できないため、この研究はあくまで先見的な準備であり、差し迫ったリスクに対する緊急対応ではないとも述べている。

全体として、この研究が示すメッセージは、ブロックチェーンが量子耐性に向かうことは不可能ではないが、現行の速度と拡張性を維持したい場合、基盤となるネットワークとインフラのアップグレードが必要になる可能性が高い。